高層建筑物燃氣附加壓力預留及消除

呂攀

（湖南省邵陽市燃氣總公司，湖南邵陽，422000）

高層建筑物燃氣附加壓力預留及消除

呂攀

（湖南省邵陽市燃氣總公司，湖南邵陽，422000）

隨著現代城市建設步伐加快，大量集辦公、商貿、景觀及居住于一體的新高層建筑得以建成，這些建筑具有多功能屬性。為了保證安全，本文首先探討了高層建筑物燃氣工程的設計方案，提出消除附加壓力的必要性；接著分析了消除高層建筑物燃氣附加壓力的具體措施，簡單介紹了高層建筑物管線布局以及供氣方式；最后研究了建筑物沉降對燃氣管道產生的作用以及高層建筑的燃氣計量方法。

高層建筑；燃氣工程；設計方式；附加壓力；建筑物沉降

引言

隨著我國社會經濟飛速發展，以及城鎮建設速度加快等形勢下，高層建筑數量較以前得到較大幅度增長。由于高層建筑具有結構復雜性等特征，其燃氣設計和施工難度也較大［1-12］。

為了保證高層建筑安全，施工單位需結合建筑工程實際，對各種可能產生的影響因素，包括建筑物沉降以及管道自重等進行考慮，并且采取針對性措施，對設計方案進行改進完善，從而使燃氣供應效率與安全得到有效保障。

1 附加壓力分析

1.1壓力要求

在燃氣供應方面，由于燃氣和空氣密度不等，隨著建筑物高度以及層高的增高，燃氣中附加壓頭也逐漸增大。按照相關規定：天然氣、液化石油氣以及人工煤氣壓力在0.75～1.5 Pn范圍內波動，瓶裝液化石油氣壓力在±0.5 kPa范圍內波動。試驗用燃氣供應壓力為1000～3000 Pa，在小于1000 Pa情況下，出現離焰及回火等情況的可能性較大；在大于3000 Pa的情況下，將發生漏氣、燃燒不充分以及晃眼等現象。

1.2附加壓頭對壓力的影響

某建筑供應的天然氣密度為0.7 kg/m3，空氣密度為1.293 kg/m3。當燃氣管道平均升高1 m，產生的附加壓頭大小為（1.293-0.75）*9.8=5.32 Pa。

假定該建筑在小區內進行調壓柜設置，在高層建筑范圍內供氣，2400 Pa將為調壓柜在一般狀態下的出口壓力，調壓柜穩壓精度的計算按照AC5進行，關閉壓力的計算按SG10進行。在最糟糕的情況下，調壓柜后端沒有正在燃燒的用氣設備，燃氣管道壓力最大可達到2400*（1+10%）=2640 Pa。如果管道壓力和調壓柜關閉壓力等同，且只有高層頂層用戶正在使用燃氣灶具，由于灶具的用氣量極小，此時計量表以及管道中產生的壓損基本上可以采取忽略不計的處理方式。對此，頂層用戶的高度h應為（3 000-2 640）/5.32=67.6 m，在立管長度大于67.6 m的情況下，將導致頂層用戶出現過大的附加壓頭，使頂層用戶壓力超出范圍，有可能超出灶具規定的最高壓力值范圍。

1.3消除附加壓力的必要性

高層建筑物的高度相比普遍建筑要高，其設置的燃氣立管長度也更長，在立管中就容易產生較大的附加壓力。由于燃氣密度和空氣密度的大小存在區別，附加壓力如果不在燃具穩定工作的范圍之內，將導致用戶燃具前壓力波動更加明顯，使燃氣的燃燒不完全，出現回火及脫火等情況，使供氣存在更大安全隱患。要想更好地保證高層供氣系統運行的安全，必須有效消除或者控制其附加壓力的影響。

2 高層建筑物燃氣附加壓力消除對策

2.1使管道阻力增加

憑借水力計算以及壓力降分配，進行合理燃氣立管管徑的選擇，并且通過將截流閥增設至燃氣立管上的方法，使燃氣管道的阻力增加。該方法具有以下優勢，包括操作簡單、成本較低、可行性強，其不足之處在于管道內流量影響到立管內阻力，使用戶用氣的穩定性得不到保障，不利于用戶灶具正常燃燒狀態的維持。在出現用電高峰時，阻力過大，將直接影響底層用戶的用氣壓力。此外，頂層用戶單獨用氣，且使用較少用氣量時，其發揮的作用可以忽略不計。

2.2進行用戶調壓器設置

該方法是通過各用戶調壓器的安裝實現燃氣壓力的降低，使燃氣壓力控制在燃燒的正常范圍內。采用中壓燃氣入戶的方式，之后憑借各戶中低壓調壓器作用的發揮，實現氣體壓力的合理調整。根據相關規定，中壓入戶管道工作壓力的最大值達到0.2MPa。而同時也存在相關規定指出，壓力≥0.01MPa管道的連接應采用焊接的方式，所以，該方法的使用不具有較高的經濟性，其施工復雜程度較高，和低壓入戶相比，在安全性方面較差。但該方法也在某些城市得到較為廣泛的應用，例如深圳、成都等地區。

低壓7kPa入戶，在用戶燃氣表前進行低壓調壓器的設置。該方法的應用比較常見，例如香港、悉尼等城市使用這種方式已經有一段時間。因為7kPa入戶，未超出0.01MPa，也可對室內管道采用鋼管絲扣連接的方式，在用戶燃氣表前進行低壓調壓器的設置，使用戶灶具前壓力維持在一定的穩定狀態，對熱效率的提高及污染物的減少具有幫助。

2.3設置低～低調壓器設置于燃氣立管上

將低-低調壓器設置在燃氣立管上，可實現樓層附加壓頭的分段消除。該方法具有較高的可行性，然而該方法的采用并不廣泛。通過水利計算，在最不利的情況下，燃氣立管的壓力達到1.5Pa的水平時，進行一個低-低調壓器的設置，將低～低調壓器的出口壓力調整至灶具的額定壓力，當立管壓力上升至1.5Pn的情況下，進行低～低調壓器的再次設置，按照這種方法繼續下一步的實施，從而使燃氣灶具前壓力控制在灶具正常工作范圍內。然而該方法同樣存在其局限性：第一、若調壓器出現故障，其對低～低調壓器后端的大量用戶造成影響；第二、室內立管的維修工作實施困難，維修成本是一大問題；第三、低～低調壓器的進出口壓差極小，只有0.5Pn，管道流量會影響低～低調壓器進口壓力值的大小，使得低～低調壓器出現選擇方面的難題；第四、設計要求較高，產品精度的達標率較低，采購工作存在較大的困難。

2.4將低-低壓力調節器設置在室內燃氣表前

在建筑物中直接使用中壓管，將低～低壓力調節器設置在室內燃氣表前，減小用戶受到的影響，高峰時氣體壓力不發生較大的波動，而調壓器后的低壓管段不長，使附加壓力的影響有效消除，整體而言燃氣具在額定壓力下能夠更好地運行。然而，一定程度上降低了室內部分中壓管道的安全性，并且項目經濟性不強，因此該方法的使用也需要斟酌。在實際應用中，樓層在20層以內，在立管中進行節流閥的附加；樓層在20層以上，一般將低～低壓力調節器安裝在用戶表前。通過這種方法，使附加壓力得到有效消除，并且有效控制工程造價。

3 高層建筑物供氣方式及管線布局設計

3.1高層建筑物調壓系統選擇

25層以上高層建筑，分戶立管成為燃氣流經的路徑，從下至上向頂層用戶輸送，不僅包括密度小于空氣的天然氣，也包括密度大于空氣的液化石油氣。針對較大的附加壓頭，一般進行調壓系統的單獨設置，從而使調節更加方便。在安全的綠地中進行露天平臺小時計算流量的安裝，按照庭院管網小時計算流量的1.2倍值，使用調壓箱將調壓柜取代，不僅具有更好的外觀，也可使維修操作更加方便。

3.2高層建筑物管道布設方式

高層建筑物的結構主要由各種低層建筑物構成，形狀為長矩形，為坐北朝南的朝向，廚房基本朝向北方，之后地接引入管出土入達到用戶，在廚房留置三通口，氣體樓前管道鋪設地下，順著北、東、西方向進行敷設。高層建筑外輪廓以正方形的六面體為主，中間層以下的俱樂部、辦公以及商貿中心區，上部幾十層為高級住宅，六面體上的四個方向從居住的第一層至頂層切割天井槽，寬2～3 m，天井槽地面為商貿頂層的頂板。

高層建筑物的廚房布局形式有兩種：第一種，廚房外墻和公共樓道處于相鄰的位置，將廚房設置在建筑內各層電梯出口后的公共樓道兩側；另外一種，廚房靠近室外天井，廚房投影點基本落在天井槽兩邊。由于南方城市冬季外溫不似北方嚴寒，選擇架空線位可免除燃氣設施防冰凍措施的實施，高層建筑燃氣管網分配必須結合建筑結構安全與布局進行考慮。為使視覺效果更加美觀，埋地敷設低壓線路調壓箱，立墻于較低建筑物外圍，安裝球閥四層屋頂墻壁，貼平鋪設墻上，在天井槽入口打開三通支線，路線仍然在庭院罐貼外墻水平線安裝，增加球閥于支線首端，設置一個三通分支線于各個廚房，從廚房的外墻粘貼在一層聳入頂層，每層打開三通口安裝至各個用戶廚房，并進行IC卡燃氣表的安裝。根據節水力的計算結果確定家用立管直徑。對管道進行合理布局，開發商確定立管等高位置，墻上的水平管道雖較長，但是施工及維修難度不大。天井室外立管較為安全，但是維修比較復雜，發生氣體泄漏時，氣體在室外升空，不會進入室內對用戶安全產生影響，可達到安全擴散的目的。如果將廚房布置在公共樓道內，為各個廚房開設一根三通支線，通過樓道對外的窗戶將水平架空管引進室內，機制在吊頂層內安裝，2.2 m相對標高的公共樓墻水平敷設，也是在樓道內貼廚房外墻立安裝，經過各層樓板到達頂層。

4 建筑物沉降對燃氣管道的影響

建筑物沉降對燃氣管道的影響最大，建筑物建成后都會產生各種程度的沉降，而燃氣引入管的位置相對固定，在建筑物發生沉降時，燃氣引入管將承受建筑物作用產生的切應力，如果切應力過大，將導致燃氣引入管發生斷裂，造成燃氣泄漏。所以，在燃氣設計過程中，需要注意引入管的保護。

保護方法有：（1） 將波紋管補償器增設在水平立管或者壁管前，使引進管的切應力減小；（2） 在立管或者穿墻管前的水平管上加設幾個彎頭，以采用煨彎為宜，憑借彎頭的自然補償使引入管的受力減小，起到加設方形補償器的效果。該方法可能在位置方面存在限制，但具有較高可行性；（3） 引進管道穿墻鋼套管，保證燃氣管道的上部為鋼套管，下部需留有合適的間隙，間隙的大小應比建筑物沉降的最大值更大。

5 高層建筑燃氣計量設施

傳統采用的燃氣計量為手動門到門抄表收費，工作效率嚴重滯后，而且很容易對居民的生活造成干擾。同時該做法勞動負擔較沉重，在管理方面存在較大難度。最近幾年出現的無線智能燃氣表讀取系統、微電腦控制技術、無線數據傳輸技術以及集成傳感測量等，具有以下多方面優勢：（1） 可使收費效率得到顯著提高，并且減輕收費工作負擔，尤其針對高層建筑，通過數據采集器進行用戶用氣量的采集十分便捷；（2） 能夠避免對用戶的生活造成打擾，這是因為避免了入戶收費的繁瑣；（3） 使整體管理水平得到提高，可以通過電腦收費管理系統實現銀行代扣，進行燃氣費繳納；（4） 傳輸信號穩定性好、可靠性高，傳輸速率與質量均比較理想；（5） 能夠進行遠程數據傳輸測量、控制、監測及抄表，可以對數據進行動態分析。

6 結語

總而言之，高層建筑燃氣管道工程的設計，是一項十分復雜的系統化工程，需要針對高層建筑的特殊性進行慎重考慮，尤其是高層建筑的高度越高，要考慮的因素也就越多。設計人員應結合當地氣源特點、壓力、施工以及地理、自然環境等，對高層建筑燃氣管道進行合理設計，得出最佳設計方案。

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Research on Elimination Method of Gas Additional Pressure for High Building

Pan Lv（Hunan Shaoyang Gas Engineering Company， Shaoyang， Hunan， 422000， China）

With the accelerating urban construction and development， a large number of new high-rise buildings are built by integration of office， commerce， landscape and residential， making modern city more charming. In this paper， the design of high-rise building gas engineering is discussed in this paper. Analysis is carried out to eliminate the additional pressure of high-rise buildings， and pipeline layout as well as gas supply method are briefly introduced. At last， we describe research on the effects of building settlement on gas pipeline and methods of gas measurement for high-rise buildings.

High-rise Building； Gas Engineering； Design Method； Additional Pressure； Building Settlement

TU1

A

2095-8412 （2016） 04-617-04

工業技術創新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.009

呂攀（1975-），男，工程師，專業方向：燃氣工程。E-mail: 55924577@qq.com